微机原理与接口技术课件

1、微机原理与接口技术第8.6节 串行接口教学重点 串行通信的基本概念 串行通信协议 串行接口标准 芯片8251A8.6.1 串行通信基本概念并行通信的缺点通信线路费用昂贵比如两台微机进行16位并行通信,约需20条线,如果距离较长,则电线电缆的费用是很大的。由于众多的连线间极易引入干扰,又容易发生线路故障,这就大大降低了整个通信系统的可靠性。串行通信的特点传送的信息按位逐位传送。特点信息包括：数据信息控制联络信息信息格式：异步和同步两种信息格式需要逻辑电平转换。可以利用现有的信道(如电话信道等)优缺点传送速率低、可靠性差；但可大大降低通信线路的成本；主要用于远距离通信。 串行通信协议通信协议是指通

2、信双方的一种约定,通信双方必须共同遵守。数据格式（帧格式）传送速度（波特率）检纠错方式也叫做通信控制规程,或称传输控制规程。串行通信协议有两类：异步通信和同步通信。同步：接收端的时钟脉冲与发送端的数据位脉冲在频率和相位上保持一致的机制；同步协议又有字符同步、码元同步和帧同步等。字符同步分为异步字符同步和同步字符同步，简称异步通信和同步同信同步方式（帧同步、位同步）传送步骤控制字符定义1. 异步通信协议又称起止式异步协议。特点：通信双方以一个字符作为数据传输单位,且发送方传送字符的间隔时间是不定的。在传输一个字符时总是以起始位开始,以停止位结束。异步通信字符传输帧格式异步通信字符传输帧格式(续)

3、字符起始位（1位,值恒为0）数据位（位长度58位可选）奇偶位（可有可无）停止位（长度1、1.5和2可选,值恒为1）帧传送1个字符必须以起始位开始,以停止位结束帧传输步骤无传输（空闲位）发送方连续发送传号,处于信息1状态。开始传输发送方将由1变为0,并持续1位时间。接收方收到空号后,开始与发送方同步,并期望收到随后的数据。数据传输数据传输规定最低位在前,最高位在后。奇偶校验停止传输状态恒为1。帧传送a. 连续发送即在上一帧停止位之后立即发送下一帧的起始位。b. 随机发送即在上一帧停止位之后仍然保持1状态,直至开始发送下一帧时再变为0状态。字符E（45H）的传送波形错误检测及奇偶校验规则错误检测奇

4、偶错；溢出错；帧格式错奇偶校验规则偶校验：一个字符连同配上的奇偶位一齐,含1的个数为偶数称为偶校验。奇校验：一个字符连同配上的奇偶位一齐,含1的个数为奇数称为奇校验。CCITT(国际电报电话咨询委员会)建议：异步通信时采用偶校验；同步通信时采用奇校验。信息的检错与纠错 串行通信的最终目的：准确的传送数据至接收端检错发现传输中的错误。纠错发现错误之后,如何消除和纠正错误。一般采用奇偶校验或方阵码检错,以反馈重发方式纠错。在高级通信控制规程中一般采用循环冗余码CRC(Cycle Redundancy Code)检验,以自动纠错方式来纠错。 减小误码率,提高传输质量改善传输信道的电特性差错控制技术传

5、输速率波特率在基波传输的情况下每秒传送的位数单位：波特,1波特1b/s或1bps常用的标准被特率是110、300、1200、2400、4800、9600、19200波特等。发送/接收时钟发送/接收时钟是对数据信号的每一位进行同步控制。发送/接收时钟频率n发送/接收波特率n = 1,16,64(波特率因子)异步通信的工作过程：发送开始不断检测传输线（接收方）收到一系列1之后，检测到一个0（起始位出现）开始接收数据和奇偶位及停止位去掉停止位，数据转换成并行检验确认无奇偶错（接收一个字符）优点：一般不会因接收设备和发送设备时钟频率略有偏差的积累而导致错位；（可靠性高）发送器和接收器不必共用一个时钟，

6、各有各的局部时钟，只要有同一标称频率即可；缺点：传输速度较慢2. 同步通信协议 异步通信每传送一个字符都加起、止信号等附加位,使其传输效率比较低,因此异步通信一般用在数据速率较慢的场合。 同步： 字符间不能有间隙，连续形式发送双同步:采用两个同步字符单同步:采用一个同步字符同步通信的过程：传送开始接收端首先要搜索同步字符，装配成一个字节与约定的同步字符比较，相同接收方开始接收数据，并按规定的数据位拼成一个个数据字节直到整个数据接收结束检验无错，一帧信息传送结束优点：传输效率较异步通信高，传输速率也较高缺点：发送端和接收端要保持完全同步（两方共用同一个时钟）在近距离通信时，采用增加一根时钟信号线

7、解决同步问题；远距离通信时，必须使用硬件从接收端的数据中分离出同步时钟，使收发双方时钟频率完全相同，因而硬件电路较复杂。3. 传输方式单工传输方式半双工传输方式全双工传输方式多工传输方式串行通信传输方式单工传输方式在传输线路上,数据只能按一个固定的方向传送。这种单向连接的用途较窄,仅适用于一些简单的通信或数据传送的场合。传输方式半双工传输方式使用同一根传输线既作输入又作输出,虽然数据可以在两个方向上传送,但通信双方不能同时收发数据。传输方式全双工传输方式数据的发送和接收分别由两根不同的传输线传输时,通信双方都能在同一时刻进行发送和接收操作。多工传输方式使用多路复用器或多路集中器专用通信设备，这

8、些设备通过将一个信道（传输信号的线路）划分为若干个频带的复用技术，从而使多路信号同时共享信道。传输距离与传输速率的关系串行接口或终端直接传送串行信息流的最大距离（波形不发生畸变）与传输速率及传输线的电气特性有关。传输距离与速率是反比关系,即传输距离是随传输速率的增加而减小。A站B站4.信号的调制与解调计算机在进行远距离的数据通信时,通信线路通常是用已有的公用电话网。通信双方必须各接入一个专门设备调制解调器（MODEM）,将数字信号调制成模拟信号在电话线上传输,并在接收端将模拟信号还原成数字信号。5.串行接口标准简述在进行串行通信的线路连接时，需要解决两个问题：计算机与外设之间要共同遵守的物理接

9、口标准,包括:电缆的机械特性、电气特性、信号功能及传送过程的定义EIA RS-232、RS-422、RS-485按接口标准设置计算机与外设之间进行串行通信的接口电路。EIA RS-232C接口标准 连接器采用DB-25和DB-9插头插座电缆长度（不超过50英尺，约15m）电气特性在数据线上:逻辑1 = -3 -15V逻辑0 = +3 +15V在控制线上:信号有效(接通,ON状态,正电压) = +3 +15V信号无效(断开,OFF状态,负电压) =-3 -15V8.6.2 可编程串行接口芯片 8251A可用于同步和异步传送、接收；异步:58 bit字符,时钟速率为波特率的1、16、64倍；可自动

10、产生、检测和处理中止字符,可产生1、1.5或2个位的停止位；波特率: 最高19.2Kbps(异步) , 最高64Kbps(同步) ；全双工,双缓冲发送/接收器；错误检测: 具有奇偶错、溢出和帧错的检测能力；可编程串行接口芯片 8251A数据终端准备好数据装备准备好请求发送允许发送8251A引脚与CPU接口的信号线数据总线（D0D7）,三态双向读写信号(RD、WR)片选信号(CS) RESETCLKC/D控制/数据线8251A引脚(续1)与CPU接口的信号线TxE发送器空,状态线,高电平有效有效时,表示发送器中的并行到串行转换器空,即指示发送操作已经结束。8251A从CPU接收待发的字符后,自动

11、复位,字符串发送完毕, TxE又变为高电平。TxRDY发送器准备好,状态线,高电平有效有效时,表示发送器已准备好接收CPU送来的数据字符,通知CPU可以向8251发送数据。CPU向8251A写入了一个字符以后,TXRDY自动复位。8251A引脚(续1)与CPU接口的信号线RxRDY接收器准备好,状态线,高电平有效当825lA已经从它的串行输入端接受了一个字符,并完成了格式变换,准备送到CPU时,此信号有效。通知CPU读取数据。当CPU从8251A读了一个字符时,此信号自动复位。8251A引脚(续2)与CPU接口的信号线TxC发送器输入时钟RxC接收器输入时钟SYNDET/BD双功能引脚8251

12、A引脚(续3)与调制器的接口信号DTR数据终端准备好(8251准备好),输出,低电平有效。RTS请求发送,输出,低电平有效。用于通知MODEM，825lA要求发送。DSR数据装置准备好（MODEN准备好）,输入,低电平有效。表示调制器已准备好。CTS清除传送(即允许传送) ,输入,低电平有效。MODEM对8251A的RTS信号的响应,当其有效时8251A方可发送数据。TxD发送数据线。RxD接收数据线。可编程串行接口芯片 8251A8251A内部结构数据总线缓冲器,三态双向CPU可以对它读/写数据,也可以写入控制字和命令字。读状态信息。接收器接收在RXD脚上的串行数据,并按规定的格式把它转换为

13、并行数据,存放在数据总线缓冲器中。发送器异步：发送器先加上起始位,并根据要求加上校验位和停止位,在发送时钟TXC作用下,由TxD脚串行发送出去。8251A内部结构(续)读写控制和调制控制CS C/D RD WR功能I/O端口0 0 0 10 0 1 00 1 0 1 0 1 1 0 CPU从8251读数据CPU写数据到8251CPU从8251读状态CPU写命令到8251308H308H309H309H数据口状态口8251A内部结构(续)定时和通信速率接收器和发送器分别设置接收时钟和发送时钟信号输入线,以决定通信速率。提供外部时钟信号的装置称为波特率发生器。异步通信时波特率范围从11019200

14、bit/s(离散)。分频系数也称波特率因子。数据传输波特率 =外部时钟频率分频系数8251A接收器工作原理-异步方式异步方式工作原理接收器监视RxD线。在无字符传送时,RxD线上为高电平,当发现RxD线上出现低电平时,即认为它是起始位,就启动一个内部计数器。当计数器计到一个数据位宽度的一半时,又重新采样RxD线,若其仍为低电平,则确认为起始位。在移位脉冲RXC作用下把RXD线上的数据送至移位寄存器,经过移位,就得到了并行数据。对并行数据进行奇偶校验并去掉停止位后,通过内部总线最后送至数据总线缓冲器。此时发出RxRDY信号,告诉CPU字符已经收到。8251A编程方式控制字对8251A工作方式进行

15、选择指定帧数据格式操作命令字确定8251A的实际操作, 以便接收或发送数据。状态字反映8251A执行命令进行数据传送的状态信息8251A工作方式控制字D3D2D7D6D5D4D1D000-2个同步字符1外同步11个同步字符01-1位停止位10-1.5位停止位11-2位停止位奇偶校验x0-无校验01-奇校验11-偶校验数据长度00-5位01-6位10-7位11-8位波特率系数00-同步方式01-异步方式（x1）10-异步方式（x16）11-异步方式（x64）某异步通信中,其数据格式采用8位数据位,1位起始位,2位停止位,奇校验,波特率系数是16,其工作方式字为：11 01 11 10B=0DEH

16、。 MOV DX, 309H；8251命令口 MOV AL, 0DEH；异步工作方式字 OUT DX, AL同步异步8251A操作命令字若要使8251A允许接收,又允许发送,则程序段为:MOVDX, 309H；8251A命令口 MOVAL,0DEH；工作方式字OUTDX,ALMOVAL,00000101B ；允许接收和发送 OUTDX,AL1进入搜索同步字符方式1内部复位SBRKRXEEHIRRTSERDTRTXEN1发送请求1错误标志复位1发送中止符号1接收允许1数据终端准备好1发送允许D3D2D7D6D5D4D1D08251A状态字PETXEDSRSYNDETFEOERXRDYTXRDY数

17、据装置就绪同步检出帧格式错误（异步）溢出错误奇偶错误发送器空接收器准备好发送器准备好D3D2D7D6D5D4D1D0若要查询8251A接收器是否准备好,则用下列程序段：MOVDX, 309H；状态口L： INAL, DX；读状态字TESTAL, 02H；查RXRDY=1？JZL；未准备好,则等待MOVDX,308H；数据口INAL, DX；已准备好,则读数状态寄存器的状态位RXRDY、TXE、SYNDET以及DSR的定义与芯片引脚的定义相同。只有TXRDY的含义同8251A芯片引脚上的 TXRDY的含义是不同的。状态寄存器的状态位TXRDY,只要发送缓冲器一空就置位；而引脚TXRDY还要满足C

18、TS=0和TXEN=1时,即满足三个条件时才置位。查询8251A状态(2)若要检查出错信息，则用下列程序段：MOVDX, 309H；状态口INAL, DXTESTAL, 38H；检查D5 D4 D3三位；（FE、OE、PE）JNZERROR；若其中有一位为1,；则出错8251A命令口写入的顺序复位方式控制字命令字1命令字2 例题：P2808251的应用实例1CPU的发送程序2CPU的接收程序8251A应用举例双机串行通信在甲乙两台微机之间进行串行通信。甲机发送,乙机接收。将甲机上开发的应用程序（其长度为2DH）传送到乙机中去。采用起止式异步方式,字符长度为8位,2位停止位,波特率因子为64,无

19、校验,波特率为4800。CPU与8251A之间用查询方式交换数据。端口地址分配是：309H为命令/状态口,308H为数据口。双机串行通信硬件连接由于是近距离传输,可以不设MODEM,而直接互连,同时是采用查询I/O方式,故收/发程序中只需检查发/收准备好的状态是否置位,即可收发1个字节。甲乙两台微机之间的硬件连接只需TXD、RxD和SG三根线连接就能通信。采用8251A作为接口的主芯片再配置少量附加电路,如波特率发生器、RS-232C与TTL电平转换电路、地址译码电路等就可构成一个串行通信接口。硬件连接图双机串行通信软件编程发送程序(1)START： MOV DX,309H；控制口MOV AL,00H；空操作OUT DX,ALMOV AL,40H；内部复位OUT DX,ALNOPMOV AL,0CFH ；方式字OUT DX,ALMOV AL,37H；命令字（RTS、ER、RxE、OUT DX,AL ；DTR和 TxEN均置位）双机串行通信软件编程发送程序(2)MOV CX,2DH；传送字节数MOV SI,300H；发送区首址L1：